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GPS导航电文核心定位参数发展演变分析

常志巧 辛洁 时鑫 黄双临 邵佳妮

常志巧, 辛洁, 时鑫, 黄双临, 邵佳妮. GPS导航电文核心定位参数发展演变分析[J]. 全球定位系统, 2021, 46(6): 37-43. doi: 10.12265/j.gnss.2021070501
引用本文: 常志巧, 辛洁, 时鑫, 黄双临, 邵佳妮. GPS导航电文核心定位参数发展演变分析[J]. 全球定位系统, 2021, 46(6): 37-43. doi: 10.12265/j.gnss.2021070501
CHANG Zhiqiao, XIN Jie, SHI Xin, HUANG Shuanglin, SHAO Jiani. Analysis on the development of core positioning parameters of GPS navigation message[J]. GNSS World of China, 2021, 46(6): 37-43. doi: 10.12265/j.gnss.2021070501
Citation: CHANG Zhiqiao, XIN Jie, SHI Xin, HUANG Shuanglin, SHAO Jiani. Analysis on the development of core positioning parameters of GPS navigation message[J]. GNSS World of China, 2021, 46(6): 37-43. doi: 10.12265/j.gnss.2021070501

GPS导航电文核心定位参数发展演变分析

doi: 10.12265/j.gnss.2021070501
基金项目: 国家重点基础研究发展计划(2016YFB0501900);国家自然科学基金资助课题(42004028, 41874043, 41804030, 41674041)
详细信息
    作者简介:

    常志巧:(1981—),女,博士,高级工程师,研究方向为GNSS数据处理技术

    辛洁:(1988—),女,硕士,工程师,研究方向为卫星导航定位系统

    时鑫:(1978—),女,硕士,高级工程师,研究方向为卫星导航定位系统

    通讯作者:

    辛洁 E-mail: 15810539683@139.com

  • 中图分类号: P228

Analysis on the development of core positioning parameters of GPS navigation message

  • 摘要: 文章总结了GPS空间信号接口控制文件的发展历程,对比了现有3种导航电文类型的电文结构及播发方式, 详细分析了星历参数、钟差参数及完好性参数等核心定位参数的发展演变特点和改进效果. 结果表明:GPS新型导航电文采用增加核心定位参数和减小量化单位的方法,提高了广播星历和钟差产品的精度. 增加两个参数后,地面星历拟合位置误差均方根(RMS)平均值由0.137 m减小为0.025 m. 为适应高精度星历拟合模型,距离量化单位也减小至毫米量级. 通过减小卫星钟差参数的量化单位,预报1 h钟差误差RMS由0.097 m减小至0.042 m.

     

  • 图  1  旧电文星历拟合误差RMS序列

    图  2  新电文星历拟合RMS序列

    图  3  新旧电文卫星钟差参数量化单位引起的预报误差对比

    表  1  GPS 导航电文规划

    空间信号接口
    文件系列
    信号卫星类型电文类型
    IS-GPS-200L1CA、P1、P2Block IIR、Block IIR-M、Block IIF、GPS III/ IIIFLNAV
    L2CM、L2CLBlock IIR-M、Block IIF、
    GPS III/ IIIF
    CNAV
    IS-GPS-705L5Block IIF、GPS III/ IIIFCNAV
    IS-GPS-800L1CGPS III/ IIIFCNAV-2
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    表  2  GPS卫星新旧星历参数对比

    标识意义比例因子比特位单位
    LNAVCNAVLNAVCNAV
    IODE星历参数版本号-- 8--
    ${t_{{\rm{op}}} }$CEI数据序列预报时刻-300-11s
    ${C_{{\rm{rs}}} }$轨道半径的正弦调和改正项的振幅$ {2^{ - 5}} $$ {2^{ - 8}} $16*24*m
    $ \Delta n $平均角速度与计算值之差$ {2^{ - 43}} $-16*-${\text{π }}$/s
    $ {M_0} $参考时刻的平近点角$ {2^{ - 31}} $$ {2^{ - 32}} $32*33*${\text{π }}$
    ${C_{{\rm{uc}}} }$纬度幅角的余弦调和改正项的振幅$ {2^{ - 29}} $$ {2^{ - 30}} $16*21*rad
    $ e $偏心率$ {2^{ - 33}} $$ {2^{ - 34}} $3233-
    ${C_{{\rm{us}}} }$纬度幅角的正弦调和改正项的振幅$ {2^{ - 29}} $$ {2^{ - 30}} $16*21*rad
    $ \sqrt A $长半轴的平方根$ {2^{ - 19}} $-32-$\sqrt {\text{m}} $
    $ \Delta A $参考时刻长半轴相对于参考值的偏差-$ {2^{ - 9}} $-26*m
    $ \dot A $长半轴变化率-$ {2^{ - 21}} $-25*m/s
    $ \Delta {n_0} $参考时刻卫星平均角速度与计算值之差-$ {2^{ - 44}} $-17*${\text{π }}$/s
    $ \Delta {\dot n_0} $参考时刻卫星平均角速度与计算值之差的变化率-$ {2^{ - 57}} $-23*${\text{π }}$/s2
    ${t_{{\rm{oe}}} }$星历参考时刻$ {2^4} $3001611s
    ${C_{{\rm{ic}}} }$轨道倾角的余弦调和改正项的振幅$ {2^{ - 29}} $$ {2^{ - 30}} $16*16*rad
    $ {\Omega _0} $周历元零时刻计算的升交点经度$ {2^{ - 31}} $$ {2^{ - 32}} $32*33*$ {\text{π }} $
    ${C_{{\rm{is}}} }$轨道倾角的正弦调和改正项的振幅$ {2^{ - 29}} $$ {2^{ - 30}} $16*16*rad
    $ {i_0} $参考时刻的轨道倾角$ {2^{ - 31}} $$ {2^{ - 32}} $32*33*${\text{π }}$
    ${C_{{\rm{rc}}} }$轨道半径的余弦调和改正项的振幅$ {2^{ - 5}} $$ {2^{ - 8}} $16*24*m
    $ \omega $近地点幅角$ {2^{ - 31}} $$ {2^{ - 32}} $32*33*${\text{π }}$
    $ \dot \Omega $升交点赤经变化率$ {2^{ - 43}} $-24*-${\text{π }}$/s
    $ \Delta \dot \Omega $升交点赤经相对于参考值的变化率-$ {2^{ - 44}} $-17*${\text{π }}$/s
    ${\rm{IDOT}}$轨道倾角变化率$ {2^{ - 43}} $$ {2^{ - 44}} $14*15*${\text{π }}$/s
      注:*为二进制补码,最高有效位(MSB)是符合位(+或-).
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    表  3  GPS卫星新旧钟差参数对比

    标识意义比例因子比特位单位
    LNAVCNAVLNAVCNAV
    IODE星历参数版本号-- 10--
    ${t_{{\rm{op}}} }$CEI数据序列预报时刻-300-11s
    ${t_{{\rm{oc}}} }$钟差参数参考时刻$ {2^4} $3001611s
    $ {a_{f2}} $卫星钟漂移率系数$ {2^{ - 55}} $$ {2^{ - 60}} $8*10*s/s2
    $ {a_{f1}} $卫星钟漂移系数$ {2^{ - 43}} $$ {2^{ - 48}} $16*20*s/s
    $ {a_{f0}} $卫星钟偏差系数$ {2^{ - 31}} $$ {2^{ - 35}} $22*26*s
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    表  4  旧电文星历拟合RMS统计 m

    PRN位置平均值位置最大值URE平均值URE最大值
    110.1390.5370.0540.191
    120.1390.5720.0540.199
    140.1340.6250.0520.221
    平均0.1370.5780.0530.204
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    表  5  新电文星历拟合RMS统计 m

    PRN位置平均值位置最大值URE平均值URE最大值
    110.0250.1090.0100.053
    120.0260.1050.0100.054
    140.0250.1090.0100.052
    平均0.0250.1080.0100.053
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    表  6  旧电文URA指数与URA关系映射表 m

    URA指数URA下限URA上限
    156144.00    -
    143072.006144.00
    131536.003072.00
    12768.001536.00
    11384.00768.00
    10192.00384.00
    996.00192.00
    848.0096.00
    724.0048.00
    613.6524.00
    59.6513.65
    46.859.65
    34.856.85
    23.404.85
    12.403.40
    00.002.40
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    表  7  新电文URAED指数与URAED关系映射表 m

    URAED指数URAED下限URAED上限
    01.702.40
    −11.201.70
    −20.851.20
    −30.600.85
    −40.430.60
    −50.300.43
    −60.210.30
    −70.150.21
    −80.110.15
    −90.080.11
    −100.060.08
    −110.040.06
    −120.030.04
    −130.020.03
    −140.010.02
    −150.000.01
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-05
  • 录用日期:  2021-07-05
  • 网络出版日期:  2021-12-29

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